. Trener Arsène Wenger złożył obietnicę, że Hiszpan w ciągu roku zadebiutuje w zespole seniorów. Przewidując, że nie będzie miał wielu okazji do gry w Barcelonie, 11 września 2003 roku zawodnik zdecydował się podpisać kontrakt z londyńskim klubem.
Kariera klubowa thumb|left|Fàbregas w barwach Arsenalu. Po przeprowadzce do Londynu piłkarz na okres dwóch lat zamieszkał w wynajętym przez klub apartamencie z kobietą o imieniu Noreen, która opiekowała się młodym zawodnikiem. Początkowo miał problemy z przystosowaniem się do życia w stolicy Anglii, jednak wkrótce zaprzyjaźnił się ze znającym język hiszpański Philippe Senderosem, który pomógł nastolatkowi w aklimatyzacji. Młody piłkarz starał się obserwować i naśladować dwóch zawodników: Patricka Vieirę i Gilberto Silvę, jednocześnie koncentrując się na treningach i nauce języka angielskiego. Zgodnie z obietnicą Wengera, piłkarz niedługo po przejściu do drużyny zadebiutował w seniorskiej kadrze Arsenalu, a miało to miejsce 23 października 2003 roku w wygranym na Highbury meczu Pucharu Ligi Angielskiej z Rotherham United. W czasie występu miał 16 lat i 177 dni, tym samym stał się najmłodszym piłkarzem w historii Arsenalu, jaki dotychczas (listopad 2009 roku) uczestniczył w oficjalnym meczu.